细胞那么小，皆因难逃重力“魔咒” 肌动蛋白网限

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细胞那么小，皆因难逃重力“魔咒”

来源：果壳网 2014-12-09 11:04



大家都知道细胞很小，一个动物细胞的平均直径只有10微米，但是为什么细胞不能大一点呢？传统的观点认为，如果细胞体积变大，则会使其难以吸取足够的养分和能量去维持细胞本身的运作。这个观点一直是标准说法——但最近，普林斯顿大学的生物工程师玛丽娜？费里克（Marina Feric）和克里夫？布朗韦恩（Cliff Brangwynne）在期刊《自然·细胞生物学》（Nature Cell Biology）上发表论文，阐述了重力对细胞大小的影响。

14-12月8日在费城举办美国细胞生物学学会和国际细胞生物学联合会大会上，费里克和布朗韦恩将发言介绍重力对细胞的影响，解释非洲爪蟾（Xenopus laevis）巨大的卵细胞如何支撑核内成千上万无膜的细胞区室。从细胞来看，非洲爪蟾的卵细胞很大，其单个细胞核就比人体内大部分的细胞还要大。如果说人类细胞的平均大小相当于美国普通房屋，那么非洲爪蟾卵细胞就如同帝国大厦。费里克和布朗韦恩选取这种体积如“摩天大厦”的细胞，对其机械特性进行深入研究。

在细胞中，大部分细胞区室都有膜包裹，而那些无膜细胞区室则像没有瓶子装着的啤酒，或者像是没有栅栏包围的绵羊，没有一种物质真正意义上支撑、分隔它们。但这些无膜的细胞区室并没有聚成一团坠在细胞核底部，这表明它们似乎没有受到重力的影响。

其中一种无膜区室就是核体。核体由RNA和蛋白质组成，呈小液滴状。在细胞核中，它们就像是被油包裹的醋滴。按理来说，每当它们靠在一起，它们就会融合并下沉，然而事实上它们却并没有在细胞核底部聚成一团。费里克和布朗韦恩曾发现，肌动蛋白网通过使核体保持较小的体积，从而避免核体聚集成团。那这种肌动蛋白网为何如此强韧呢？

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核仁在肌动蛋白网的作用下可以很好的悬浮在细胞核中。但当肌动蛋白网被破坏后，核仁迅速沉到底部，聚集成一团。视频来源：eurekalert.com

费里克和布朗韦恩希望测量地球施加在核体上的引力，是如何抗衡肌动蛋白网所提供的支持力的。他们向细胞核内注射了一个磁珠，利用外加磁场让磁珠给细胞施加一个力。他们发现，细胞核中的肌动蛋白网比果冻还要软，不过它和果冻一样，戳一下也会很快恢复原状。肌动蛋白像果冻一样包裹着核体，使其不受地球引力的影响。随着在磁珠上施加的外力变大，肌动蛋白会表现出非牛顿流体（译者注：液体粘度会随切变率变化而变化）的特性，质地变得更加致密且粘稠，使核体免于聚成一团下坠，从而保护了细胞核。不过，当施予的外力足够大时，肌动蛋白网也会破裂，不再能包裹住核体。

这表明肌动蛋白网的机械特性会帮助细胞核抵抗重力作用，同时也使细胞核兼具柔韧性和刚性，以维持生命活动；而如果细胞体积过大，其受到的重力大于肌动蛋白网所能提供的支持力，细胞核内的物质就无法维持正常的结构了。